文献综述（或调研报告）：
微流控技术的根本目标是为了更加全面快速、高效的检测如细胞、细菌、病毒等带有相关信息的生物微粒。样品检测前大多需要预处理过程来对样品液中的生物粒子进行聚焦[1]、分选[2]、富集、过滤及提纯[3]等操作，以便提高检测精确度。根据实现微流控技术的驱动力来源，可以将微流控操控技术分为主动式操控和被动式操控。 由于微流控技术绝大多数以液体为载体，因此其中生物微粒会受到液体的流场的作用。如果除了流场作用力被操控对象还受到其他外加物理场的作用，那么这种控制方式被称作为主动式操控。外力场有声[4]、磁[5]、电[6]、光[7]等。主动式操控技术需要增加功能模块以激发外力场，这必然增加了设备成本、体积，给不利于设备的降低成本与小型化，同时额外的功能模块也会增加操作难度，不利于装置的易用性。另一方面，主动式操控的高精度是通量的牺牲换来的，这限制了它的快速性和在大体积样品检测中的应用。这些特性不符合本课题的目标，因此本文对于主动式微流控技术不做讨论。而被动式操控技术与主动式操控技术相比，无需外力场提供额外的作用力。被动式操控依赖于流道结构诱导产生的流体作用力、颗粒本身的物理特性差异。主要包括夹流操控[8]、亲和性筛选法[9]和惯性微流控技术[10]等。夹流操控、确定性侧向位移技术等技术通常需要额外的设备与操作。并不能很好的突出微流控简单、易用、低成本的特点。因此本文也不做讨论。
惯性微流控技术作为一种新近出现的微纳米生物粒子操控技术，巧妙利用传统微流控芯片中忽略的微流体惯性效应，实现微纳米粒子运动状态和平衡位置的精确控制。与上述微操控技术相比，不仅继承了微尺度下精确操控的特点，还具有所需流道结构简单、处理通量高、无需借助外力场或使用昂贵的生化试剂等独特优势。已成为实现微纳米生物粒子聚焦、分选、混合等操控功能的一项重要技术。
图1（a）流道中粒子所受部分力分析（a）流道中粒子聚焦位置的分析及研究
在惯性微流体领域，国内外对该领域有许多研究。在惯性微流体原理方面，Zhang课题组[11]分析了微通道中粒子运动的基本动力学,包括粘性阻力、粒子扩散系数、马格纳斯力、萨夫曼力、壁面诱导升力、剪切梯度升力、静惯性力和变形诱导升力等对粒子运动的影响（部分受力分析如图1（a）所示），研究了微通道中粒子的基本运动规律，并对其的发展和应用方向进行了评述。Amini课题组[12]研究了颗粒流中存在的相关流体诱导力，包括非牛顿流体力、颗粒不对称性和颗粒变形性。该课题组还研究了通道沿流向变化的边界条件对颗粒控制的影响（如图1（b）所示）。这些理论研究为为微流体操控的应用提供了一定的基础。
图2（a）正方形与矩形截面直流道颗粒聚焦位置（b）三维直接数值模拟矩形截面直流道中粒子惯性聚焦（c）高深宽比直流道内的腺皮质祖细胞富集（b）鞘液流式细胞分析仪研制
惯性微流体操控通常分为两大类：直流道结构惯性微流控技术和弯流道结构惯性微流控技术。由于直流道结构简单，易于制造和观察，所以常被用于研究微流控技术中粒子的运动迁移机理。Bhagat等[13]通过研究正方形截面和矩形截面直流道芯片中随流速变化颗粒聚焦形式的不同，实现将颗粒聚焦在微流道的长边中心（装置及结果如图2（a）所示），将所需聚焦的通道长度大大缩短。Liu 等[14]通过三维直接数值仿真和实验手段研究了矩形截面直流道中惯性聚焦行为和颗粒尺寸、通道宽高比和雷诺数的依赖关系（其模型分析如图2（b）所示）。直流道在理论研究的同时也有许多应用研究。Hur 等[15]人利用高深宽比直流道的惯性效应将肾上腺皮质祖细胞进行了富集（如图2（c）所示）。单个细胞尺寸较小，聚焦在两侧壁面区域，而细胞簇直径较大聚焦在流道中心区域。通过设计相应的分叉出口使目标细胞簇分离出来。Mach 等[16]结合高深宽比和低深宽比直流道芯片实现了从稀释的全血中分离致病菌（如图2（d）所示）。经过两次循环处理，致病菌的去除率高于 80%。
而弯流道结构相较于直流道结构，流体在弯流道结构中运动时，由于离心力的作用，会在垂直于流动方向上形成一对反向的涡流，称为Dean流。通道中的粒子不仅受直流道中同样具有的力的作用，还受到Dean流的拖拽作用，使粒子更易聚焦。因此弯流道在微流控技术中应用更加广泛。Kuntaegowdanahalli课题组[17]利用一种简单的惯性微流体装置同时连续分离多种直径的粒子（原理如图3（a）所示），并获得了极高的分离效率，并通过分离神经母细胞瘤和角质瘤细胞的分离证明了其装置的通用性。Lee课题组[18]尝试通过3D打印的方法加工螺旋型流道（装置如图3（b）所示），利用MNC和MNC-EC复合物捕获牛奶中的大肠杆菌以用于食品中大肠杆菌的快速检测。Warkiani课题组[19]提出了一种大规模并行惯性无膜过滤系统，可实现客观的体积处理速率，该装置可对常用于大规模生物反应容器的两种细胞CHO和酵母细胞的过滤、细胞保留和细胞周期同步等操作（其装置及其截面如图3（c）所示）。大大提高了微流过滤系统的使用效率。
